JPH062066A - 加熱炉内支持面部材用耐熱合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた高温強度、高温変形抵抗性を有する加
熱炉内支持面部材用の耐熱合金を提供することを目的と
する。 【構成】 本発明の耐熱合金は、化学組成が重量％
で、 Ｃｒ：６５〜８０％、 Ｎｉ：10.1〜１５％、 Ｔａ：
１〜１０％ を含み、残部が実質的にＦｅからなる。また、Ｔａに代
えてＷ：１〜１０％を含有させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱炉内において搬送
される被加熱金属材を支持するための支持面部材の材料
として好適な耐熱合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延や熱間鍛造等の熱間塑性加工を
行う前に、鋼材等の加工素材は加工に適する温度に加熱
される。スラブ、ビレット等の被加熱材は、通常、加熱
炉内を搬送される間に所期の温度に加熱される。被加熱
材の炉内搬送装置として、例えばウォーキングビームコ
ンベアがある。このコンベアの移動ビーム及び固定ビー
ムは、炭素鋼管等で形成されたスキッドパイプを備え、
その上面に被加熱材を支持するための支持面部材である
スキッドボタンがパイプの軸方向に沿って一定の間隔で
取り付けられている。前記スキッドパイプには冷却水が
流れており、スキッドボタンは間接的に冷却されてい
る。

【０００３】従来、前記スキッドボタンの材料として
は、ＳＣＨ１２等の高Ｎｉ高Ｃｒ合金鋼や、５０Ｃｏ−
２０Ｎｉ−Ｆｅ系鋼等の高Ｃｏ合金鋼などの耐熱合金鋼
が使用されていた。しかし、１３００℃を越える高温加
熱炉内の支持面部材としては高温強度、耐酸化性等が不
足するため、特開平３−１６２５４５号において開示さ
れているように、Ｃｒ：６０wt％以上、Ｃｏ：１０wt％
以下を含む耐熱合金が提案されるに及んでいる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記耐熱合金により、
支持面部材の耐熱性は一応向上したが、近年、益々高温
操業する傾向にあり、高温長時間下での強度の向上ひい
ては高温下での変形防止による一層の寿命の向上が望ま
れている。尚、支持面部材をセラミックによって形成す
る試みがなされているが、セラミックは脆弱であるた
め、機械的・熱的衝撃による割れ、欠損等が生じ易く、
未だ実用段階には至っていない。

【０００５】本発明は、かかる問題に鑑みなされたもの
で、優れた高温強度、高温変形抵抗性を有する支持面部
材用の耐熱合金を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の加熱炉内支持面
部材用耐熱合金は、化学組成が重量％で、 Ｃｒ：７０〜８０％、 Ｎｉ：10.1〜１５％、 Ｔａ：
１〜１０％ を含み、残部が実質的にＦｅからなる。また、Ｔａに代
えてＷ：１〜１０％を含有させることができる。

【０００７】

【作用】本発明の耐熱合金の化学組成は以下の理由によ
り限定される。単位は重量％である。 Ｃｒ：７０〜８０％ Ｃｒは、約１６００℃以上の融点をもたせ、１３００℃
を越えるような高温酸化性雰囲気中における高強度を確
保すると共に、優れた酸化抵抗性を確保するために含有
される。７０％未満ではかかる効果が不足し、一方８０
％を越えると融点の過大な上昇により、鋳造合金として
製造する場合では、溶解が困難になり、鋳造性も劣る。
また、焼結合金として製造する場合では、焼結性が悪く
なる。このため、合金の品質が低下する。

【０００８】Ｎｉ：10.1〜１５％ Ｎｉは高温ラプチャー強度および耐酸化性を向上させ
る。また、前記範囲のＣｒとの共存下で高温圧縮変形抵
抗性を改善する。10.1％未満ではかかる効果が過少であ
り、一方１５％を越えて含有するとラプチャー強度の急
激な低下を招来し、また高温圧縮変形抵抗性も大きく低
下する。

【０００９】Ｔａ：１〜１０％又はＷ：１〜１０％ Ｔａ、Ｗは固溶体硬化やCr₂Ta 等の金属間化合物を生成
し、粒子もしくは繊維分散強化作用を奏し、合金の強度
を向上させる。１％未満ではかかる効果が不足し、一方
１０％を越えると効果が過大になり、かえって高温強度
が低下する。本発明の合金は以上の合金成分のほか、残
部実質的にＦｅで形成される。尚、原料より不可避的に
混入する不純物については、融点等の合金の特性が損な
われない範囲で混入してもよく、例えばＣ：０．８％以
下、Ｓｉ：５％以下、Ｍｎ：５％以下、Ｐ：０．０３％
以下、Ｓ：０．０３％以下の含有が許容される。

【００１０】

【実施例】本発明の耐熱合金は、溶解・鋳造による鋳造
合金として、また熱間等方圧加圧焼結等の粉末冶金によ
る焼結合金として製造されるが、結晶組織は平均結晶粒
径が約５０μm 以上になるように冷却速度を調整するの
がよい。結晶粒を粗粒化することにより、高温圧縮強度
やラプチャー強度を向上させることができるからであ
る。

【００１１】本発明の耐熱合金を鋳造合金として製造す
る場合においては、鋳造に際し、砂型鋳型を使用するこ
とにより、冷却速度が比較的緩慢になり、粗粒組織が容
易に得られる。また。鋳型の種類に係わらず、鋳造合金
塊に適宜の熱処理を施して、結晶粒を粗大化してもよ
い。前記熱処理としては、例えば１３００〜１６００℃
で、５〜２０Ｈｒ保持すればよい。

【００１２】また、焼結合金として製造する場合におい
ては、原料粉末として平均粒径が約２００μm 以上の粗
粒粉末を使用するか、焼結後、前記と同様の粗粒化熱処
理を施すのがよい。尚、本発明の耐熱合金を使用して支
持面部材を製造する場合、該部材の全体を本発明の耐熱
合金で形成する必要はなく、被加熱材と接触する支持面
部材の頂部のみを本発明の耐熱合金で形成し、その下部
は従来の耐熱合金鋼で形成し、両者を拡散接合等によっ
て接合一体化すればよい。

【００１３】次に具体的実施例を掲げる。 (1) 表１の化学組成を有する合金を高周波溶解炉（ア
ルゴンガス雰囲気）で溶製した。尚、試料中No. １〜１
０は実施例、No. １１〜１６は比較例、No. １７，１８
は従来例である。

【００１４】

【表１】

【００１５】(2) 合金溶湯を砂型（ＣＯ₂ 珪砂鋳型）
に鋳込み、供試合金ブロック（φ３０×長さ９０mm）を
鋳造した。 (3) 各供試合金ブロックから試験片を採取し、高温圧
縮試験により圧縮変形速度を、高温ラプチャー試験によ
り破断時間を、高温酸化試験により酸化減量を測定し
た。各試験の要領は下記の通りであり、その結果を表２
に示す。 高温圧縮試験 円柱状試験片（φ３０×長さ５０mm）を固定台状に立直
載置し、１３５０℃に加熱保持した状態で、試験片天面
に垂直荷重０．５Kgf/mm² を５０時間加えた。その後、
試験片の試験前の高さ寸法Ｌｏと試験後の高さ寸法Ｌと
を測定し、圧縮変形量Ｄ（但し、Ｄ＝（Ｌｏ−Ｌ）×１
００／Ｌｏ（％））を求め、圧縮変形速度Ｄ（％）／５
０（ｈｒ）を求めた。 高温ラプチャー試験 試験片（φ６×長さ８０mm）を１２００℃に加熱保持し
て、１．０Kgf/mm²の引張応力を加え、破断に到るまで
の時間（ｈｒ）を測定した。 高温酸化試験 試験片（φ８×長さ５０mm）を加熱炉（大気雰囲気）
で、１３５０℃に１００時間加熱保持する。試験後、試
験片の表面の酸化スケールを除去し、試験片の重量変化
から酸化減量（ｇ／ｍ² ｈｒ）を求めた。

【００１６】

【表２】

【００１７】(4) 表２より、実施例No. １〜１０は従
来例に比べて、酸化減量は同等ないしそれ以上であり、
圧縮変形速度は少ないもの（No. １，６）では５〜１０
％程度の低下であるが、大きいもの（No. ３）では５０
％程度低下している。破断時間も１０％程度以上の向上
が見られる。Ｔａ，Ｗが本発明範囲外の比較例について
は、圧縮変形抵抗性および破断時間が向上しているもの
（No. １１，１２，１４，１５）は酸化減量が著しく増
加し、一方酸化減量が減少しているもの（No. １３，１
６）は圧縮変形抵抗性および破断時間の著しい低下が認
められる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の耐熱合金
は、従来の耐熱合金に比べて優れた高温圧縮強度、耐酸
化性および高温ラプチャー強度を具備しており、加熱炉
内支持面部材用材料として好適である。従って、本発明
の耐熱合金を用いることにより、加熱炉の高温操業にお
ける支持面部材の耐久性の向上、メンテナンスの軽減及
びそれに伴う加熱炉稼働率の向上を図ることができる。
更に、その優れた高温特性により、冷却水による強制冷
却を緩和することができ、被加熱材の支持面部材接触部
に生じる局部冷却を軽減することができ、被加熱材の均
一加熱に資することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学組成が重量％で、 Ｃｒ：７０〜８０％、 Ｎｉ：10.1〜１５％、 Ｔａ：
   １〜１０％ を含み、残部が実質的にＦｅからなることをことを特徴
   とする加熱炉内支持面部材用耐熱合金。
2. 【請求項２】 化学組成が重量％で、 Ｃｒ：７０〜８０％、 Ｎｉ：10.1〜１５％、 Ｗ ：
   １〜１０％ を含み、残部が実質的にＦｅからなることをことを特徴
   とする加熱炉内支持面部材用耐熱合金。